JP3195494B2 - 流体加圧装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体加圧装置に係り、
特に、流体加圧室内の体積変化に寄与する発生力を増大
させて、低い印加電圧で所望の発生力を発生させること
ができるように工夫するとともに、加工、組立、寸法管
理等を容易にすることができるように工夫したものに関
する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット型プリンタに使用されて
いる印字ヘッドは、例えば、図１４乃至図１６に示すよ
うな構成になっている。まず、流路基板１０１があり、
この流路基板１０１内にはインク１０３が収容されてい
る。上記流路基板１０１は、例えば、樹脂、セラミック
ス、ガラス等の材料から製造されている。上記流路基板
１０１には、図１５に示すように、インク補給路１０１
ａが形成されており、又、図１４及び図１５に示すよう
に、複数個のインク加圧室１０１ｂが形成されている。
又、各インク加圧室１０１ｂの反インク補給路１０１ａ
側には、インクが飛び出すノズル孔１０１ｃが夫々形成
されている。流路基板１０１の図１４及び図１５中上側
は開放された状態になっている。

【０００３】上記流路基板１０１の開放側には、振動板
１０５が取付けられている。上記振動板１０５は、数μ
ｍ乃至数十μｍ程度の厚みを備えていて、例えば、オー
ステナイト系ステンレス鋼製の板が使用されている。こ
の振動板１０５によって、流路基板１０１を液密に密封
してインク１０３の漏洩を防止するとともに、圧電素子
１０７の変位をインク１０３に間接的に伝達するもので
ある。又、振動板１０５の圧電素子１０７の取付部の回
りには、溝１０５ａが形成されている。この溝１０５ａ
によって振動板１０５の変形を容易にし、圧電素子１０
７の変位が振動板１０５ひいてはインク１０３に伝達さ
れ易いようにしている。又、圧電素子１０７の変位によ
る圧力が隣接する他のインク加圧室１０１ｂに不用意に
伝達されて影響を与えてしまう現象（これをクロストー
ク現象と称している）を防止するようにしている。

【０００４】上記圧電素子１０７は、圧電材料と導電材
料とを交互に積層させた構成になっている。又、上記圧
電素子１０７の図１５中左右両側には、外部電極１０９
ａ、１０９ｂが取付けられている。これら外部電極１０
９ａ、１０９ｂに電圧を印加することにより、圧電素子
１０７を矢印ａで示す方向（振動板１０５を押す方向）
に変位させるものである。その変位した様子を図１６に
示す。この図１６に示すように、圧電素子１０７の変位
により振動板１０５が変位すると、それによって、イン
ク加圧室１０１ｂ内に急激な体積変化が生じることにな
り、それによって、インク加圧室１０１ｂ内のインク１
０３がノズル孔１０１ｃより飛び出すことになる。それ
によって、図示しない用紙に所望の印字を施す。

【０００５】又、別の構成をなす従来の印字ヘッドの構
成を図１７に示す。まず、基板２０１があり、この基板
２０１には、インク補給路２０１ａが設けられていて、
このインク補給路２０１ａを介してインク加圧室２０１
ｂ内にインク２０３が補給されるようになっている。
又、インク加圧室２０１ｂ内にはノズル孔２０１ｃが形
成されている。流路基板２０１には、上記構成のものが
複数箇所、例えば、各列１２個ずつ二列にわたって形成
されている。又、流路基板２０１上には、振動板２０５
が設置されていて、上記各インク加圧室２０１ｂは、こ
の振動板２０５によって密封されている。

【０００６】振動板２０５の各加圧室２０１ｂの上の位
置には、溝２０５ａが形成されている。又、振動板２０
５の上側には圧電素子２０７が設置されている。圧電素
子２０７は圧電材料と導電材料とを交互に積層させた構
成になっている。又、上記圧電素子２０７には、外部電
極２０９ａ、２０９ｂが取付けられている。一方、支持
部材２１１が配置されていて、上記支持部材２１１は、
溝２１１ａを所定の間隔で備えるものであり、溝２１１
ａ、２１１ａの間の凸部２１１ｂの位置に上記圧電素子
２０７が固定された構成になっている。尚、支持部材２
１１において斜線を施した部分は、導電部２１１ｃを示
している。

【０００７】このような構成をなす印字ヘッドの場合に
も、外部電極２０９ａ、２０９ｂに電圧を印加すること
により、圧電素子２０７を矢印ａで示す方向（振動板１
０５を押す方向）に変位させるものである。その圧電素
子２０７の変位により振動板２０５が変位することにな
り、それによって、インク加圧室２０１ｂ内に急激な体
積変化が生じることになり、それによって、インク加圧
室２０１ｂ内のインク２０３がノズル孔２０１ｃより飛
び出すことになる。それによって、図示しない用紙に所
望の印字を施すことになる。

【０００８】上記構成によると次のような問題があっ
た。まず、従来の場合には、圧電素子１０７（又は、２
０７）の変位を各インク加圧室１０１ｂ（又は、２０１
ｂ）にとって共通の振動板１０５（又は、２０５）を介
して、間接的に伝達するようにしているので、伝達効率
が悪いという問題があった。又、圧電素子１０７（又
は、２０７）の変位は精々数μｍ（１乃至２μｍ）程度
であり、これを振動板１０５（又は、２０５）を介し
て、インク加圧室１０１ｂ（又は、２０１ｂ）に伝達し
なければならない。つまり、圧電素子１０７（又は、２
０７）と振動板１０５（又は、２０５）とが確実に接触
していないと、上記僅かな変位をインク加圧室１０１ｂ
（又は、２０１ｂ）内のインク１０３（又は、２０３）
に確実に伝達できないおそれがあった。その場合には、
インク吐出不良現象が生じてしまうことになる。そのた
め、圧電素子１０７（又は、２０７）と振動板１０５
（又は、２０５）とを確実に接触させるために、両者の
間に特殊な処理（例えば、特殊な充填材を流しこんだ
り、接着剤により固化させたりする処理）を施すことが
行われており、煩雑な作業を余儀無くされているととも
に、工数を増大させてしまうという問題があった。

【０００９】又、別の問題として組立に困難を要してし
まうという問題があった。特に、振動板１０５（又は、
２０５）を流路基板１０１（又は、２０１）に取付ける
作業において、振動板１０５（又は、２０５）の各溝１
０５ａ（又は、２０５ａ）により囲まれた部分と流路基
板１０１（又は、２０１）側の各インク加圧室１０１ｂ
（又は、２０１ｂ）側との位置合わせに困難を要してし
まうという問題があった。又、ノズル孔１０１ｃ（又
は、２０１ｃ）のピッチを縮めてノズル孔１０１ｃ（又
は、２０１ｃ）の高密度化を図ろうとした場合には、各
インク加圧室１０１ｂ（又は、２０１ｂ）の幅を小さく
することが必要になるが、それによって、振動板１０５
（又は、２０５）の変形可能領域が狭められてしまい、
振動板１０５（又は、２０５）が変形しにくくなってし
まうという問題があった。この場合には、インク吐出不
良現象が生じてしまい、それだけでなく、振動板１０５
（又は、２０５）や圧電素子１０７（又は、２０７）の
破損も懸念されることになる。

【００１０】又、振動板１０５（又は、２０５）が数μ
ｍ乃至数十μｍ程度の厚みしかないために、その保管、
移送、組立において充分な注意を払って作業を行う必要
があり、作業が極めて煩雑であるとともに、振動板１０
５（又は、２０５）の僅かなソリ、曲がり、厚みの変
化、位置ずれ等に起因して、同様に、インク吐出不良現
象が生じてしまうという問題があった。

【００１１】上記したような問題点を解決するための手
段として、例えば、振動板１０５（又は、２０５）を使
用せず、圧電素子部の変位を直接インク加圧室内のイン
クに作用させることが考えられる。そのようなものとし
て、例えば、特公平４−４８６２２号公報、特表平６−
５０２８１０号公報に示すようなものがある。この内、
特公平４−４８６２２号公報に示すものは、圧電材料製
の細片を所定の間隔で配置し、それらを板体により閉塞
するとともに連結することにより、細片相互間にインク
加圧室を構成するものである。又、特表平６−５０２８
１０号公報に示されているのは、圧電ウェハーに複数個
の溝を平行に形成し、夫々の溝をインク加圧室とする。
各インク加圧室の一端をインク補給孔とし、他端をノズ
ル孔とするものである。そして、上記圧電ウェハーに取
付けられた外部電極を介して所定の電圧を印加すること
により、インク加圧室を構成する圧電ウェハーを変位さ
せてインク加圧室内に体積変化を生じさせ、それによっ
て、ノズルよりインクを噴射させるものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成による
と次のような問題があった。すなわち、特公平４−４８
６２２号公報や特表平６−５０２８１０号公報に示され
ているような構成の印字ヘッドによれば、確かに、振動
板を必要とせず、圧電素子部の変位をインク加圧室内の
インクに直接伝達して所定の体積変化を生じさせること
ができ、振動板を使用した場合の不具合を解決すること
ができる。しかしながら、圧電素子が単層構造の為、イ
ンク加圧室内の体積変化に寄与する変位と発生力が効率
よく生じているかについては問題があり、そのために、
電極構造において工夫がなされている構成にはなってお
らず、低い印加電圧によってインク加圧室内の体積変化
に寄与する所望の発生力を発生させるという点において
は多くの問題が残っているものである。

【００１３】本発明はこのような点に基づいてなされた
ものでその目的とするところは、振動板を要することな
く圧電素子部の変位を流体加圧室内の流体に直接伝達さ
せることを可能とし、それによって、振動板を使用して
いた場合の不具合を解消することは勿論のこと、流体加
圧室内の体積変化に寄与する発生力を増大させることが
できるとともに、加工、組立、寸法管理等を容易にする
ことができる流体加圧装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべく
本願発明の請求項１による流体加圧装置は、蓋体を配置
し、圧電材料と導電材料を平行に積層させて圧電素子を
構成するとともに、該圧電素子を上下から挟むように上
記圧電材料と同じ材料を積層させて圧電素子ブロックを
形成し、上記圧電素子ブロックの表面及び裏面において
交互に溝加工を施すことにより一対の側壁部及び該一対
の側壁部を連結する連結部を備えてなる複数個の流体加
圧室構成体を所定の間隔で連続して得るようにし、上記
圧電素子ブロックを上記蓋体に当接・配置させることに
より上記複数個の流体加圧室構成体に蓋をし、さらに、
上記複数個の流体加圧室構成体の一対の側壁部と直交す
る両側の開口部を閉塞体により閉塞することにより複数
個の流体加圧室を得るようにし、上記圧電素子の部分を
活性部とし、それを上下から挟む両側の圧電材料のみか
らなる部分を夫々不活性部としたことを特徴とするもの
である。又、請求項２による流体加圧装置は、蓋体を配
置し、圧電材料と導電材料を平行に積層させて圧電素子
を構成するとともに、該圧電素子を上下から挟むように
上記圧電材料と同じ材料を積層させて圧電素子ブロック
を形成し、上記圧電素子ブロックの表面及び裏面におい
て交互に溝加工を施すことにより一対の側壁部及び該一
対の側壁部を連結する連結部を備えてなる複数個の流体
加圧室構成体を所定の間隔で連続して得るようにし、上
記圧電素子ブロックを上記蓋体に当接・配置させること
により上記複数個の流体加圧室構成体に蓋をし、さら
に、上記複数個の流体加圧室構成体の一対の側壁部と直
交する両側の開口部を閉塞体により閉塞することにより
複数個の流体加圧室を得るようにし、上記側壁部におけ
る流体加圧室構成体の連結部側及び反連結部側を不活性
部とし、上記積層される導電材料の内、（＋）側導電材
料の一端は流体加圧室の長手方向の一端に至っていると
ともに他端は流体加圧室の長手方向の他端に到る手前ま
で延長され、（−）側導電材料の一端は流体加圧室の長
手方向の他端に到っているとともに他端は流体加圧室の
長手方向の一端に到る手前まで延長され、それによっ
て、流体加圧室の長手方向両端を不活性部としその間を
活性部としたことを特徴とするものである。又、請求項
３による流体加圧装置は、請求項１又は請求項２記載の
流体加圧装置において、上記流体加圧室構成体の連結部
側の不活性部の厚みと反連結部側の不活性部の厚みを等
しくしたことを特徴とするものである。

【００１５】

【００１６】

【作用】すなわち、各流体加圧室を構成するに際して、
まず、蓋体を配置し、該蓋体に対して複数個の流体加圧
室構成体を当接・配置する。この流体加圧室構成体は、
圧電材料と導電材料を上記蓋体の面に対して平行に積層
させた活性部を有する圧電素子を備えた一対の側壁部
と、該一対の側壁部を反蓋体側にて連結する連結部とを
備えてなるものである。後は、閉塞体によって、複数個
の流体加圧室構成体の一対の側壁部と直交する側の開口
部を閉塞すればよい。この場合、電圧の印加によって、
一対の側壁部に組み込まれている圧電素子が変位し、該
圧電素子の変位が流体加圧室内の体積変化に寄与すると
ともに、一対の側壁部を連結する連結部も上記圧電素子
の変位に伴って変位することになり、該変位も上記流体
加圧室内の体積変化に寄与する。つまり、流体加圧室を
直接構成する上記流体加圧室構成体の各構成要素の全て
が変位して上記流体加圧室内の体積変化に寄与すること
になり、それだけ、流体加圧室内の体積変化が効率良く
行われることになる。そして、この圧電素子が薄い層を
積層した構造としたので、単層構造よりもより大きな変
位、より大きな発生力を得ることができる。これによ
り、逆に、従来に比べて、低い印加電圧によって必要な
流体加圧室内の体積変化を実現させることができる。
又、振動板を使用しない構成であるので、振動板を必要
とした従来の構成の不具合を一掃することができる。
又、流体加圧室構成体の連結部側及び反連結部側を不活
性部としているので、それによって、例えば、蓋体側と
の接続部が不活性部となるので、活性部における変位に
よる影響が不活性部により規制され、蓋体に対するズレ
が生じるようなことはない。その際、特に、圧電材料と
導電材料を平行に積層させて圧電素子を構成するととも
に、該圧電素子を挟むように上記圧電材料と同じ材料を
積層させて圧電素子ブロックを形成し、何れか一方より
上記積層方向に対して直交する方向に向かって上記圧電
素子を貫通するまで溝加工を施すことにより流体加圧室
構成体を得るようにし、上記圧電素子の部分を活性部と
し、それを挟む両側の圧電材料のみからなる部分を夫々
活性部としている。この場合には、溝の幅のみが特性に
影響を与える要因となり、溝の深さや底の形状等につい
ては特性に何ら影響 しないことになり、管理が極めて容
易になる。 又、一対の側壁部と直交する側の両端部を不
活性部とすることが考えられ、それによって、閉塞体と
の接続部が不活性部となり、活性部における変位による
影響が不活性部により規制され、閉塞体に対するズレが
生じるようなこともない。その際、特に、積層される導
電材料の内、（＋）側導電材料の一端は流体加圧室の長
手方向の一端に到っているとともに他端は流体加圧室の
長手方向の他端に到る手前まで延長され、（−）側導電
材料の一端は流体加圧室の長手方向に他端に到っている
とともに他端は流体加圧室の長手方向の一端に到る手前
まで延長され、それによって、流体加圧室の長手方向両
端部を不活性部としその間を活性部とすることが考えら
れる。この場合には簡単な方法により所望の電極構造を
得ることができる。 又、流体加圧室構成体の連結部側及
び反連結部側を不活性部とする場合において、流体加圧
室構成体の連結部側の不活性部の厚みと反連結部側の不
活性部の厚みを等しくすることが考えられ、それによっ
て、例えば、流体加圧室構成体を得る前のブロックの状
態で、焼成時の「そり」が生じるようなことを防止する
ことができる。

【００１７】

【００１８】

【実施例】以下、図１乃至図７を参照して本発明の一実
施例を説明する。本実施例による印字ヘッドは、図１に
示すような構成になっている。まず、蓋体１があり、こ
の蓋体１上には、複数個のインク加圧室構成体３を連続
・形成してなる部材４が設置されている。上記部材４
は、予め板状に成形されている板状圧電素子４ａ（図２
に示す）をマルチワイヤーソやカッティングブレード等
によって、その表面及び裏面の両側において、交互に溝
を形成するような経路で加工することにより成形された
ものであり、それを図３に示す。その結果、上記インク
加圧室構成体３が所定の間隔を存した状態で連続して形
成されることになる。

【００１９】上記インク加圧室構成体３は、一対の側壁
部５、７と、これら一対の側壁部５、７を蓋体１とは反
対側で連結する連続部８とから構成されている。上記一
対の側壁部５、７は、圧電素子９を有していて、この圧
電素子９は圧電材料と導電材料とを、上記蓋体１の面に
対して平行な状態で交互に積層させた構成になってい
る。この圧電材料と導電材料が交互に積層された領域の
上下には、圧電材料（導電材料間の層と同じ材料）のみ
からなる不活性層４ｂ、４ｃを設けている。交互に導電
材料が入っている領域は圧電素子として働く（活性）
が、上記不活性層４ｂ、４ｃは圧電素子としては働かな
い。図中圧電素子９の内部電極（導電材料）を符号９
ａ、９ｂで夫々示す。上記内部電極９ａは端面を介して
外部電極１１ａに接続されていて、一方、内部電極９ｂ
は端面を介して外部電極１１ｂに接続されている。そし
て、このような構成をなすインク加圧室構成体３と蓋体
１とによって、インク加圧室１３を構成するものであ
り、蓋体１上には、インク加圧室構成体３の数だけイン
ク加圧室１３が構成されることになる。尚、上記外部電
極１１ａ、１１ｂについても、図２に示す板状圧電素子
４ａの状態で予め一体に取付けられている。図２では理
解し易いように、上記外部電極１１ａ、１１ｂの厚みを
増した状態で図示しており、その他図においては平面的
に示している。

【００２０】上記部材４の両側面側には、閉塞体として
のインク供給プレート１５とノズルプレート１７とが設
置されている。上記インク供給プレート１５には、各イ
ンク加圧室１３の位置に対応してインク供給孔１５ａが
穿孔されている。上記インク供給孔１５ａを介して、イ
ンク加圧室１３内にインクが補給される。又、上記ノズ
ルプレート１７にも、各インク加圧室１３の位置に対応
してノズル孔１７ａが穿孔されている。そして、各イン
ク加圧室構成体３の一対の側壁部５、７の圧電素子９、
９に、外部電極１１ａ、１１ｂを介して所定の電圧を印
加することにより、上記圧電素子９、９等が変位する。
それによって、インク加圧室１３内の体積が変化するこ
とになり、インク加圧室１３内のインク１９がノズル孔
１７ａを介して飛び出す。それによって、図示しない用
紙に所望の印字を施すものである。

【００２１】尚、部材４と蓋体１との固定、部材４と蓋
体１とインク供給プレート１５とノズルプレート１７と
の固定は、全て接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）に
より接着・固定されている。又、各部の寸法を示すと
（尚、これは、一例である）、、図５に示すように、圧
電素子９の幅（ａ）、（ｂ）が７０μｍ、インク加圧室
１３の幅（ｃ）が７０μｍ、インク加圧室１３相互間の
溝幅（ｄ）が７０μｍ、圧電素子９の活性部Ａの厚み
（ｅ）が０．５mm、インク加圧室１３の深さ（ｆ）が
０．９mm、インク加圧室１３相互間の溝の深さ（ｈ）が
０．９mm、又、図６に示すように、インク加圧室１３の
長手方向における圧電素子９の活性部Ｃの寸法（ｇ）が
１０mmとなっている。それによって、９０dpi 相当のノ
ズルピッチが可能になる。又、上記したように、異極性
の内部電極９ａ、９ｂが重合している活性部と、同極性
のみの不活性部とがあるが、電圧の印加により変位する
のは上記活性部のみである。よって、インク供給プレー
ト１５とノズルプレート１７に対して、部材４を強固に
接着・固定してもズレが生じるようなことはない。つま
り、上記接着部側に位置しているのは、上記不活性部で
あるからである。

【００２２】ここで、上記活性部、不活性部についてさ
らに詳細に説明してみる。まず、図５に示すように、厚
み方向にみてみると、中央部に活性部Ａがあって、その
上下に不活性部Ｂ₁ 、Ｂ₂ がある。この実施例において
は、活性部Ａの厚み（ｅ）は、既に述べたように、０．
５mmであり、不活性部Ｂ₁ 、Ｂ₂ の厚みは等しくなって
いて夫々０．３mmになっている。このように、活性部
Ａ、不活性部Ｂ₁ 、Ｂ₂を構成する方法としては、ま
ず、圧電材料と導電材料を積層していって活性部Ａを構
成し、さらにその両側に上記圧電材料と同じ材料を積層
していくことにより不活性部Ｂ₁ 、Ｂ₂ を得るものであ
る。その際、導電材料を積層する過程においてそこに圧
電材料の粉体を混入させておけば、次に積層される圧電
材料との焼成による接着性が良好になる。又、同じ材料
を使用しているので、別途接着剤を使用しなくても焼成
のみにより接着固定することができる。又、上記したよ
うに、不活性部Ｂ₁ 、Ｂ₂ の厚みを等しくしたことによ
り、焼成時における「そり」の発生を防止することがで
きる。

【００２３】一方、図４に示すように、インク加圧室１
３の長手方向に沿ってみてみると、中央部に活性部Ｃが
あり、その両側に不活性部Ｄ₁ 、Ｄ₂ が配置された構成
になっている。活性部Ｃの寸法（ｇ）については、既に
述べたように、５mmとなっている。このような活性部
Ｃ、不活性部Ｄ₁ 、Ｄ₂ は、図から明らかなように、導
電材料である内部電極９ａ、９ｂを片側に寄った状態で
積層させることにより得ることができる。つまり、内部
電極９ａはその一端を圧電素子９の一端（図４中左端）
に到るまで配置し、他端については圧電素子９の他端
（図４中右端）に到る手前まで延長する。又、内部電極
９ｂはその一端を圧電素子９の他端（図４中右端）に到
るまで配置し、他端については圧電素子９の一端（図４
中左端）に到る手前まで延長する。それによって、両側
に内部電極９ａ、９ｂが重合しない不活性部Ｄ₁ 、Ｄ₂
を得るものである。

【００２４】以上の構成を基にその作用を説明する。ま
ず、図５において、圧電素子９が分極方向、すなわち、
図５中矢印Ｐで示す方向に収縮するように電圧を印加す
るものとする。この場合には、圧電素子９は、図７に示
すように、その幅方向に膨らみながら収縮することにな
る。その際、インク１９がノズル孔１７ａより飛び出す
ためのインク加圧室１３内の体積変化に寄与するものと
しては、まず、圧電素子９、９を有する一対の側壁部
５、７を連結する連結部８の変位である。すなわち、図
６及び図７に示すように、電圧を印加しない状態では図
６及び図７中破線で示すような状態にある連結部８が、
電圧印加時には図７中実線で示すような状態に変位す
る。この変位がインク加圧室１３内の体積変化に寄与す
ることになる。

【００２５】次に、インク加圧室１３内の体積変化に寄
与するものとして、一対の側壁部５、７の圧電素子９、
９の幅方向への変位である。すなわち、電圧を印加しな
い場合には、圧電素子９、９は図７中破線で示すような
状態にあり、これに対して、電圧を印加することによ
り、図７中実線で示すような状態に変位することにな
る。この変位がインク加圧室１３内の体積変化に寄与す
ることになる。このように、インク加圧室１３内の体積
変化に対して、一対の側壁部５、７の圧電素子９、９の
変位、及び連結部８の変位の両方が寄与することにな
り、極めて効率よくインク加圧室１３内の体積変化を実
現して、インク１９をノズル孔１７ａより飛び出させる
ことができるものである。

【００２６】ここで、本実施例による印字ヘッドと従来
例で説明した印字ヘッド（図１７に示すタイプ）とを実
験により比較してみる。まず、実験に使用した圧電素子
９の物性から説明する。まず、圧電定数Ｄは次に示すよ
うなものである。 ｄ₃₁＝−３６０×１０^-12 m/v ＝−３６０×１０^-9mm/v ｄ₃₃＝６６０×１０^-12 m/v ｄ₁₅＝１０１０×１０^-12 m/v ｄ₃₁：ｄ₃₃＝−３６０：６６０＝−０．５５：１ 次に、弾性定数Ｓは次に示すようなものである。 Ｓ₁₁＝１４．９×１０^-12m²/N ＝１４．９×１０^-6mm²/
N Ｓ₃₃＝１８．５×１０^-12m²/N

【００２７】又、仮に、噴射させるインク滴としてφが
５０μｍのインク滴を想定すると、該インク滴の体積
（Ｖ）は次のようなものになる。 Ｖ＝４πｒ³ ／３＝４π（０．０２５）³ ／３＝６．５
×１０^-5mm³

【００２８】次に、実験に使用した印字ヘッドの各部の
寸法を説明する。図８に示すように、まず、圧電素子９
の幅（ｄ）、インク加圧室１３の幅（ａ）、隣接するイ
ンク加圧室１３の圧電素子９との間隔（ｅ）は、全て同
じ寸法（７０μｍ）になっている。又、圧電素子９の積
層高さ（ｂ）が０．５mm（２５μｍ×２０層）となって
いる。又、圧電素子９の活性部の長さ（ｃ）が１０mmと
なっている。又、圧電素子９に印加する電圧は２５ｖで
ある。

【００２９】又、そのときの変位量は図９に示すような
ものである。まず、連結部８が蓋体１側に下がる量がｘ
であり、一対の側壁５、７の圧電素子９、９の活性部の
厚みが厚くなる量がｙ₁ であり、それが両側に変位する
ので、実際にインク加圧室１３側に変位する量がその半
分のｙ₁ ／２ということになる。又、インク加圧室１３
が伸びる量をｙ₂ とする（図１０に示す）。尚、図１０
は、１個のインク加圧室１３の内容積を抽出して示す斜
視図である。そして、上記ｘ、ｙ₁ 、ｙ₂ を計算により
求めると次のような値になる。 ｘ＝ｎ×ｄ₃₃×ｖ ＝２０（層）×６６０×１０^-9（mm/v）×２５（ｖ） ＝０．３３μｍ ｙ₁ ＝Ｌ×ｄ₃₁×（Ｖ／Ｔ） ＝０．０７（mm) ×３６０×１０^-9（mm/v）×２５ｖ／
２．５×１０^-3mm ＝０．０２５２μｍ ｙ₂ ＝Ｌ×ｄ₃₁×（Ｖ／Ｔ） ＝１０mm×３６０×１０^-9（mm/v）×２５ｖ／２．５×
１０^-3mm ＝３．６μｍ

【００３０】よって、上記各変位量に基づいてインク加
圧室１３内の体積変化量を算出すると次のようなものと
なる。 体積変化量＝（ａ×ｂ×ｃ）−（ａ−ｙ₁ ）×（ｂ−
ｘ）×（ｃ＋ｙ₂ ） ＝０．０７×０．５×１０−（０．０７−２．５２×１
０^-5）×（０．５−３．３×１０^-4）×（１０＋３．６
×１０^-3）＝２．３１×１０^-4mm³ この体積変化量は既に説明したインク滴の体積とを比較
してみると、次のようなものとなる。 体積変化量／インク滴の体積＝２．３１×１０^-4／６．
５×１０^-5 ＝３．６（倍） つまり、飛び出すインク滴の体積に対して、略３．６倍
の体積変化量があることになる。しかし、先の計算の中
でインク加圧室の長手方向の変位ｙ₂ が体積変化に対し
てマイナス効果として計算しているが、不活性部Ｂ₁ 、
Ｂ₂ 、Ｄ₁ 、Ｄ₂ がこの変位ｙ₂ を抑える効果があるの
で、体積変化量は更に大きくなる。つまり、適性な体積
変化量にする為に、電圧を２５Ｖよりも更に下げること
ができる。

【００３１】次に、発生力をみてみる。圧電素子９の分
極方向に発生する発生力をＦ_x とし（図１１に示す）、
分極方向に直交する方向の発生力をＦ_y とすると（図１
２に示す）、これら発生力をＦ_x とＦ_y は次に示すよう
な基本式より算出されることになる。 Ｆ_X ＝ｎ・Ｓ_X ／Ｌ_X ・ｄ₃₃／Ｓ₁₁ ^E ・Ｖ ＝Ｘ・Ｓ／Ｌ・１／Ｓ₁₁ ^E 但し、Ｘ＝ｎ・ｄ₃₃・Ｖ Ｆ_Y ＝ｎ・Ｙ・Ｓ_Y ／Ｌ_Y ・１／Ｓ₁₁ ^E 但し、Ｙ＝Ｌ・ｄ₃₁・Ｖ／Ｔ 尚、上記式に示すように、弾性定数については、既に説
明したＳ₁₁、Ｓ₃₃の内、Ｓ₁₁を使用するものとする。

【００３２】上記式に基づいて、実際に発生力Ｆ_X とＦ
_Y を算出してみる。まず、変位ｘ（図１０に示す）に伴
う発生力Ｆ_X は次のようなものとなる。 Ｆ_X ＝ｘ・Ｓ／Ｌ・１／Ｓ₁₁ ^E ＝ｘ・ｄ・ｃ／ｂ・１／Ｓ₁₁ ^E ＝０．３３×１０^-3mm×０．０７×１０mm² ／０．５mm
×１／１４．９×１０^-6mm²/N ＝３１Ｎ 次に、変位Ｙ₁ ／２（図１２に示す）に伴う発生力Ｆ_Y1
は次のようなものである。 Ｆ_Y1＝ｎ・Ｙ・Ｓ／Ｌ・１／Ｓ₁₁ ^E ＝ｎ・Ｙ₁ ／２・ｔ・ｃ／ｄ・１／Ｓ₁₁ ^E ＝２０層×０．０２５２×１０^-3／２×０．０２５×１
０／０．０７×１／１４．９×１０^-6 ＝２０×３．０２ ＝６０Ｎ 次に、変位Ｙ₂ （図１２に示す）に伴う発生力Ｆ_Y2は次
のようなものである。 Ｆ_Y2＝ｎ・Ｙ・Ｓ／Ｌ・１／Ｓ₁₁ ^E ＝ｎ・Ｙ₂ ・ｔ・ｄ／ｃ・１／Ｓ₁₁ ^E ＝２０層×３．６×１０^-3×０．０２５×０．０７／１
０×１／１４．９×１０^-6 ＝２０×０．０４２ ＝０．８５Ｎ 尚、上記計算は圧電素子９が１個の場合の計算値であ
り、本実施例の場合には、圧電素子９が両側に配置され
ているので（一対の側壁部５、７に圧電素子９が夫々配
置されている）、実際の値は上記計算値の二倍というこ
とになる。

【００３３】一方、図１７に示す従来タイプの場合につ
いて、変位と発生力を算出してみると次のようなものと
なる。尚、印加する電圧は２５Ｖであり、又、圧電素子
の各部の寸法は図１３に示すようなものとする。まず、
各変位Ｘ、Ｙ₁ 、Ｙ₂ から算出してみると次に示すよう
なものとなる。 Ｘ＝ｎ・ｄ₃₃・Ｖ ＝２０×６６０×１０^-9×２５ ＝０．３３μｍ Ｙ₁ ＝Ｌ・ｄ₃₁・Ｖ／Ｔ ＝０．１５×３６０×１０^-9×２５／２５×１０^-3 ＝０．０２５μｍ Ｙ₂ ＝Ｌ・ｄ₃₁・Ｖ／Ｔ ＝５．５×３６０×１０^-9×２５／２５×１０^-3 ＝１．９８μｍ

【００３４】次に、発生力Ｆ_X 、Ｆ_Y1、Ｆ_Y2を算出して
みると次に示すようなものとなる。 Ｆ_X ＝Ｘ・Ｓ／Ｌ・１／Ｓ₁₁ ^E ＝０．３３×１０^-3×０．１５×５．５／０．５×１／
１４．９×１０^-6 ＝３７Ｎ Ｆ_Y1＝ｎ・Ｙ₁ ・Ｓ／Ｌ・１／Ｓ₁₁ ^E ＝２０×０．０２５×１０^-3×０．０２５×５．５／
０．１５×１／１４．９×１０^-6 ＝２０×１．５４ ＝３１Ｎ Ｆ_Y2＝ｎ・Ｙ₂ ・Ｓ／Ｌ・１／Ｓ₁₁ ^E ＝２０×１．９８×１０^-3×０．０２５×５．５／０．
１５×１／１４．９×１０^-6 ＝２０×０．０９１ ＝１．８１Ｎ

【００３５】そして、本実施例の場合における値と、従
来例の場合における値を纏めると、表１に示すようなも
のとなる。

【００３６】

【表１】

【００３７】上記表１からも明らかなように、同じ電圧
を印加した場合に、より大きな発生力が生じていること
がわかる。そして、本実施例の場合には、二つの変位
（ｘ、ｙ₁ ）と発生力（Ｆ_X 、Ｆ_Y1）がインク滴の噴射
に寄与しているのに対して、図１７に示すような従来例
の場合には、変位（Ｙ₂ ）と発生力（Ｆ_Y2）がインクの
噴射に寄与することになる。つまり、同じような電圧
（例えば、実験時における２５Ｖ）を印加しても、イン
ク加圧室１３内の体積変化に寄与するための発生力が大
きく異なることになり、本実施例の場合には、従来例に
比べてより大きな発生力を得ることができる。

【００３８】インク加圧室１３内の体積変化に寄与する
発生力を、本実施例と従来例とで具体的に比較してみる
と、本実施例の場合には、変位Ｘ方向と変位Ｙ_１方向の
発生力が夫々３１Ｎ、６０Ｎであり、それが二倍になる
ので、６２Ｎ、１２０Ｎとなる。これに対して、従来の
ものは、１．８１Ｎであるので、本実施例の場合に発生
力が大幅に増大しているのが理解できる。

【００３９】以上本実施例によると次のような効果を奏
することができる。まず、同じ印加電圧であれば、イン
ク加圧室１３内の体積変化に寄与する発生力を大幅に増
大させることができる。これは、インク加圧室構成体３
を一対の側壁部５、７と、連結部８とから構成し、一対
の側壁部５、７に、蓋体１の面に対して平行に積層され
た圧電素子９、９を設けた構成にしたからであり、それ
によって、圧電素子９を有する一対の側壁部５、７の変
位はもとより、連結部８の変位についても、インク加圧
室１３内の体積変化に寄与するように構成したからであ
る。したがって、従来よりも低い印加電圧によって必要
な発生力を得ることができるようになった。又、本実施
例の場合には、複数個のインク加圧室構成体３を連続形
成するようにしているので、組立作業等も簡単である。
又、本実施例の場合には、振動板を使用しない構成であ
るので、振動板を使用した場合の不具合を一掃すること
ができるとともに、構成部品点数が従来に比べて大幅に
少なく、部品管理が大幅に簡略化させる等の利点もあ
る。

【００４０】又、インク加圧室構成体３の連結部８側及
び反連結部側を不活性部Ｂ₁ 、Ｂ₂としているので、例
えば、蓋体１側との接続部が不活性部となり、活性部Ａ
における変位による影響が不活性部Ｂ₂ により規制さ
れ、蓋体３に対するズレが生じるようなことを防止でき
る。同様に、一対の側壁部５、７と直交する側の両端部
を不活性部Ｄ₁ 、Ｄ₂ としているので、インク供給プレ
ート１５、ノズルプレート１７との接続部が不活性部Ｄ
₁ 、Ｄ₂ となり、活性部Ｃにおける変位による影響が不
活性部Ｄ₁ 、Ｄ₂ により規制され、インク供給プレート
１５、ノズルプレート１７に対するズレが生じるような
ことを防止することができる。又、不活性部Ｂ₁ 、
Ｂ₂ 、Ｄ₁ 、Ｄ₂ により、インク加圧室の長手方向の変
位ｙ₂ を抑えることができ、体積変化量を大きくするこ
とができる。又、インク加圧室構成体３の連結部８側の
不活性部Ｂ₁ の厚みと反連結部側の不活性部Ｂ₂ の厚み
を等しくしたので、例えば、インク加圧室構成体３を得
る前のブロックの状態で、焼成時における「そり」の発
生を防止することができる。又、積層方向に対して直交
する方向に向かって上記圧電素子９を貫通するまで溝加
工を施すことによりインク加圧室構成体３を得るように
したので、溝の幅のみが特性に影響を与える要因とな
り、溝の深さや底の形状等については特性に何ら影響し
ないことになり、管理が極めて容易になった。つまり、
溝の先端（底）が圧電素子９の部分を過ぎた不活性部の
位置に達しているからである。又、内側電極９ａと９ｂ
とを夫々偏った配置で積層させることにより、不活性部
Ｄ₁ 、Ｄ₂ を得るようにしたので、極めて簡単な方法に
より所望の電極構造を得ることができる。

【００４１】尚、本発明は前記一実施例に限定されるも
のではない。まず、前記一実施例では、複数個のインク
加圧室構成体３を連続形成するようにしたが、それに限
定されるものではなく、別々に成形して取付けるように
してもよい。又、前記一実施例では、蓋体１、インク供
給プレート１５、ノズルプレート１７を夫々別体にして
構成したが、蓋体１とインク供給プレート１５を一体に
したり、蓋体１とノズルプレート１７を一体にしたり、
蓋体１とインク供給プレート１５とノズルプレート１７
を一体にしてもよい。又、蓋体１側にノズル孔を穿孔し
てもよい。又、前記一実施例では、各構成部品を接着・
固定するようにしているが、その際、超音波接合、溶剤
接合によって接着・固定するようにしてもよい。又、前
記一実施例では、インクジェット型プリンタの印字ヘッ
ドを例に挙げて説明しているが、それに限定されるもの
ではなく、例えば、ディスペンサー（流体分配装置）、
ポンプ等、任意の流体を加圧して吐出させるような全て
の機器に適用できる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明による流体加
圧装置によると、流体加圧室構成体を一対の側壁部と連
結部とから構成し、一対の側壁部に、圧電材料と導電材
料を蓋体の面に対して平行に積層された活性部を有する
圧電素子を設けた構成にし、圧電素子を有する一対の側
壁部の変位と連結部の変位の両方を、流体加圧室内の体
積変化に寄与するように構成したので、流体加圧室内の
体積変化に寄与する発生力を増大させることができるよ
うになった。よって、必要な体積変化を実現するための
発生力を得るために従来より低い印加電圧で済むように
なった。又、流体加圧室構成体の連結部側及び反連結部
側を不活性部とした場合には、例えば、蓋体側との接続
部が不活性部となるので、活性部における変位による影
響が不活性部により規制され、蓋体に対するズレが生じ
るようなことを防止できる。その際、特に、圧電材料と
導電材料を平行に積層させて圧電素子を構成するととも
に、該圧電素子を挟むように上記圧電材料と同じ材料を
積層させて圧電素子ブロックを形成し、何れか一方より
上記積層方向に対して直交する方向に向かって上記圧電
素子を貫通するまで溝加工を施すことにより加圧室構成
体を得るようにしたので、溝の幅のみが特性に影響を与
える要因となり、溝の深さや底の形状等については特性
に何ら影響しないことになり、管理が極めて容易にな
る。又、一対の側壁部と直交する側の両端部を不活性部
とした場合には、閉塞体と接続部が不活性部となり、活
性部における変位による影響が不活性部により規制さ
れ、閉塞体に対するズレが生じるようなことを防止する
ことができる。又、不活性部によって、流体加圧室の長
手方向の変位を抑えることができ、体積変化量を大きく
することができる。その際、特に、積層される導電材料
の内、（＋）側導電材料の一端は流体加圧室の長手方向
の一端に到っているとともに他端は流体加圧室の長手方
向の他端に到る手前まで延長され、（−）側導電材料の
一端は流体加圧室の長手方向の他端に到っているととも
に他端は流体加圧室の長手方向の一端に到る手前まで延
長され、それによって、流体加圧室の長手方向両端部を
不活性部としその間を活性部 としたので、簡単な方法に
より所望の電極構造を得ることができる。又、流体加圧
室構成体の連結部側及び反連結部側を不活性部とする場
合において、流体加圧室構成体の連結部側の不活性部の
厚みと反連結部側の不活性部の厚みを等しくした場合に
は、例えば、流体加圧室構成体を得る前のブロックの状
態で焼成時における「そり」の発生を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図でインクジェット型
プリンタの印字ヘッドを一部切欠いて示す斜視図であ
る。

【図２】本発明の一実施例を示す図でインクジェット型
プリンタの印字ヘッドを加工・製造する前の素材の様子
を示す斜視図である。

【図３】本発明の一実施例を示す図でインクジェット型
プリンタの印字ヘッドの一部を示す斜視図である。

【図４】本発明の一実施例を示す図で図１のIV-IV 断面
図である。

【図５】本発明の一実施例を示す図で図１のＶ- Ｖ断面
図である。

【図６】本発明の一実施例を示す図で作用を説明するた
めのインクジェット型プリンタの印字ヘッドの断面図で
ある。

【図７】本発明の一実施例を示す図で作用を説明するた
めのインクジェット型プリンタの印字ヘッドの断面図で
ある。

【図８】本発明の一実施例を示す図でインクジェット型
プリンタの印字ヘッドの各部の寸法を説明するために使
用した図である。

【図９】本発明の一実施例を示す図でインクジェット型
プリンタの印字ヘッドの変位量を説明するために使用し
た図である。

【図１０】本発明の一実施例を示す図でインクジェット
型プリンタの印字ヘッドの変位量を説明するために使用
した図である。

【図１１】本発明の一実施例を示す図でインクジェット
型プリンタの印字ヘッドの発生力を説明するために使用
した図である。

【図１２】本発明の一実施例を示す図でインクジェット
型プリンタの印字ヘッドの発生力を説明するために使用
した図である。

【図１３】従来例における各部の変位量の説明に使用し
た図である。

【図１４】従来例を示す図でインクジェット型プリンタ
の印字ヘッドの断面図である。

【図１５】従来例を示す図で図１４のXV-XV 断面図であ
る。

【図１６】従来例を示す図で作用を説明するためのイン
クジェット型プリンタの印字ヘッドの断面図である。

【図１７】従来例を示す図でインクジェット型プリンタ
の印字ヘッドの一部を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 蓋体 ３ インク加圧室構成体 ４ 部材 ５ 側壁 ７ 側壁 ８ 連結部 ９ 圧電素子 ９ａ 内部電極（導電材料） ９ｂ 内部電極（導電材料） １１ａ 外部電極 １１ｂ 外部電極 １３ インク加圧室 １５ インク供給プレート １５ａ インク供給孔 １７ ノズルプレート １７ａ ノズル孔 １９ インク Ａ 活性部 Ｂ₁ 不活性部 Ｂ₂ 不活性部 Ｃ 活性部 Ｄ₁ 不活性部 Ｄ₂ 不活性部

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓋体を配置し、 圧電材料と導電材料を平行に積層させて圧電素子を構成
   するとともに、該圧電素子を上下から挟むように上記圧
   電材料と同じ材料を積層させて圧電素子ブロックを形成
   し、上記圧電素子ブロックの表面及び裏面において交互
   に溝加工を施すことにより一対の側壁部及び該一対の側
   壁部を連結する連結部を備えてなる複数個の流体加圧室
   構成体を所定の間隔で連続して得るようにし、 上記圧電素子ブロックを上記蓋体に当接・配置させるこ
   とにより上記複数個の流体加圧室構成体に蓋をし、さら
   に、上記複数個の流体加圧室構成体の一対の側壁部と直
   交する両側の開口部を閉塞体により閉塞することにより
   複数個の流体加圧室を得るようにし、 上記圧電素子の部分を活性部とし、それを上下から挟む
   両側の圧電材料のみからなる部分を夫々不活性部とした
   ことを特徴とする流体加圧装置。
2. 【請求項２】 蓋体を配置し、 圧電材料と導電材料を平行に積層させて圧電素子を構成
   するとともに、該圧電素子を上下から挟むように上記圧
   電材料と同じ材料を積層させて圧電素子ブロックを形成
   し、上記圧電素子ブロックの表面及び裏面において交互
   に溝加工を施すことにより一対の側壁部及び該一対の側
   壁部を連結する連結部を備えてなる複数個の流体加圧室
   構成体を所定の間隔で連続して得るようにし、 上記圧電素子ブロックを上記蓋体に当接・配置させるこ
   とにより上記複数個の流体加圧室構成体に蓋をし、さら
   に、上記複数個の流体加圧室構成体の一対の側壁部と直
   交する両側の開口部を閉塞体により閉塞することにより
   複数個の流体加圧室を得るようにし、 上記側壁部における流体加圧室構成体の連結部側及び反
   連結部側を不活性部とし上記積層される導電材料の内、
   （＋）側導電材料の一端は流体加圧室の長手方向の一端
   に至っているとともに他端は流体加圧室の長手方向の他
   端に到る手前まで延長され、（−）側導電材料の一端は
   流体加圧室の長手方向の他端に到っているとともに他端
   は流体加圧室の長手方向の一端に到る手前まで延長さ
   れ、それによって、流体加圧室の長手方向両端を不活性
   部としその間を活性部としたことを特徴とする流体加圧
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の流体加圧装
   置において、 上記流体加圧室構成体の連結部側の不活性部の厚みと反
   連結部側の不活性部の厚みを等しくしたことを特徴とす
   る流体加圧装置。